DE2916196A1

DE2916196A1 - Hochdruck-drehdurchfuehrung fuer eine in eine nabe eingefuehrte und in ihr drehbar gelagerte welle

Info

Publication number: DE2916196A1
Application number: DE19792916196
Authority: DE
Inventors: Heinrich Ing Grad Honke
Original assignee: Gebr Eickhoff Maschinenfabrik u Eisengiesserei GmbH
Current assignee: Gebr Eickhoff Maschinenfabrik u Eisengiesserei GmbH
Priority date: 1979-04-21
Filing date: 1979-04-21
Publication date: 1980-10-30
Also published as: US4396212A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Drehdurchführung für eine in eine Nabe eingeführte und in ihr drehbar gelagerte Welle, deren zentraler Flüssigkeitskanal mit einem in die Nabenbohrung axial oder radial eintretenden Flüssigkeitskanal der Nabe in Verbindung steht.

Mit Hilfe einer solchen Drehdurchführung wird Flüssigkeit von einem zum andern zweier sich relativ zueinander bewegender Teile übergeleitet, beispielsweise einer feststehenden Achse und der auf dieser Achse drehbar gelagerten Nabe der Schrämwalze einer Bergwerksmaschine.

Ziel der Erfindung ist es, eine Hochdruck-Drehdurchführung zu schaffen, die sich durch einen besonders dichten Abschluß auszeichnet und daher vor allem für extrem hohe Flüssigkeitsdrücke geeignet ist.

Dazu geht die Erfindung von der eingangs erläuterten Hochdruck-Drehdurchführung aus und schlägt vor:

a) daß Nabenbohrung und Welle einen den zentralen Flüssigkeitskanal der Welle mit dem Flüssigkeitskanal der Nabe verbinden

den Ringraum bildenj

b) sich innerhalb des Ringraumes mindestens ein auf dem Wellenumfang axial verschiebbar gelagerter, entsprechend dem Durchmesser der Nabenbohrung bemessener Ring

kolben befindet)

c) eine Dichtung, vorzugsweise eine Labyrinthdichtung, das Ende bzw. die beiden Enden der Nabenbohrung abschließt;

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d) der bzw. die Ringkolben einseitig, und zwar auf ihrer der Dichtung abgewandten Stirnseite, von der Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt sindj

e) sich zwischen Dichtung und Ringkolben

ein den Ringraum ausfüllendes Sperrmedium befindet.

Bei einer so ausgebildeten Drehdurchführung steht der hochgespannte Druck der durchlaufenden Flüssigkeit ständig vor dem bzw. den beiden Ringkolben an und beaufschlagt sie. Infolgedessen spannt er das zwischen den Ringkolben und den die Nabenbohrung abschließenden Dichtungen vorhandene Sperrflüssigkeitspolster mit einem Druck vor, der dem Druck der durch die Drehdurchführung strömenden Flüssigkeit entspricht und der deshalb jeden Flüssigkeitsübertritt von einer auf die andere Ringkolbenseite ausschließt. Unter diesem Druck tritt die Sperrflüssigkeit, die beispielsweise von einem Schmiermittel höherer Viskosität gebildet wird, nur zu einem geringen Teil durch die Spalten der Labyrinthdichtung hindurch und gelangt bis in den Bereich des bzw. der Wellenlager. Auf diesem Weg hat sich der Druck des Sperrmediums bereits so stark reduziert, daß nur noch ein unwesentlicher Teil der auch als Schmiermittel dienenden Sperrflüssigkeit durch den Spalt der aufeinander gleitenden Lagerflächen hindurchtritt.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann die Hochdruck-Drehdurchführung in ihrer Nabenbohrung bzw. auf dem Wellenumfang einen die Verschiebebewegung des bzw. der Ringkolben begrenzenden Anschlag aufweisen, um dadurch eine die Beaufschlagung verhindernde Totlage des Ringkolbens

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auszuschließen oder aber, um zu verhindern, daß die Ringkolben bei radial in die Nabenbohrung eintretendem Flüssigkeitskanal den Kanalquerschnitt verengen und den Flüssigkeitsdurchtritt durch die Drehdurchführung beeinträchtigen

Außerdem empfiehlt es sich, zwischen dem Ringkolben und der Stirnwand der Nabenbohrung bzw. zwischen den beiden Ringkolben ein den bzw. die Ringkolben elastisch haltendes Federelement vorzusehen. Mit Hilfe dieses Federelementes wird auch in Stillstandszeiten ein gewisser Druck auf die Sperrflüssigkeit ausgeübt und dadurch sichergestellt, daß bereits beim Anlaufen eines mit der erfindungsgemäßen Drehdurchführung ausgestatteten Maschinenteils sich Sperrflüssigkeit innerhalb der Dichtungsspalten der Labyrinthdichtung befindet und somit stets ein hinreichender Abschluß vorhanden ist. Dazu können

a) zwischen dem Ringkolben und der Stirnwand der Nabenbohrung bzw. zwischen den beiden Ringkolben über die Ringkolbenstirnfläche

verteilt angeordnete Schraubenfedern vorgesehen sein j

b) die Schraubenfedern parallel zur Wellenachse angeordnet werden;

c) sie können in je eine ihrem Durchmesser ent

sprechende zylindrische Ausnehmung der Bohrungsstirnfläche bzw. der Ringkolbenstirnfläche eingreifen.

Zur Ergänzung der verbrauchten Sperrflüssigkeit kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal

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a) in den Ringraum zwischen Ringkolben und Dichtung eine im Nabenumfang austretende radiale Bohrung einmünden;

b) diese Bohrung mit einem Rückschlagventil versehen sein.

Über diese Bohrung läßt sich in Stillstandszeiten der Drehdurchführung die verbrauchte Sperrflüssigkeit ersetzen.

Ferner können bei Hochdruck-Drehdurchführungen, die zwei Ringkolben aufweisen, zwischen denen ein Flüssigkeitskanal radial in die Nabenbohrung einmündet, die zwischen den Ringkolben und den diesen Ringkolben benachbarten Dichtungen vorhandenen, mit Sperrflüssigkeit gefüllten Ringräume über eine Leitung miteinander verbunden sein. Es erfolgt dann über diese Verbindungsleitung ständig ein Druckausgleich, und es besteht hier die Möglichkeit, über eine einzige Radialbohrung der Nabe beiden Ringräumen stets eine hinreichende Menge an Sperrflüssigkeit zuzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 eine Drehdurchführung in einem Längsschnitt, deren Nabe mit einem radialen Eintrittskanal

versehen istj

Fig. 2 eine längsgeschnittene Drehdurchführung, deren Nabe einen axial in die Nabenbohrung einmündenden

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Flüssigkeitskanal aufweist. Fig. 3 Einzelheiten der Labyrinthdichtung.

Die Drehdurchführung ist mit 1 bezeichnet. Sie besteht in dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 aus einer Nabe 2, deren Bohrung 3 an beiden Stirnseiten eine Eindrehung 4 besitzt, die durch je einen in ihr zentrierten Deckel 5 dicht abgeschlossen ist. Eine innerhalb der Nabenbohrung 3 gelagerte Welle 6 wird an beiden Enden von je einem Buchsenpaar 7,3 getragen, das konzentrisch ineinandersitzend innerhalb einer Deckelbohrung 9 angeordnet ist. Die äußere dieser beiden Lagerbüchsen 7,8 ist innerhalb der Deckelbohrung 9 und die innere auf dem Wellenende unverdrehbar befestigt, und beide sind durch je einen Sprengring 10,11 axial innerhalb der Deckelbohrung 9 bzw. auf dem Wellenende gesichert. Über eine zentrale Bohrung 12 wird der Welle 6 der Drehdurchführung 1 Hochdruckflüssigkeit zugeführt, die über radiale Bohrungen 13 in einen zwischen Welle 6 und Nabenbohrung 3 befindlichen Ringraum 14 eintritt und von dort über eine radiale Nabenbohrung 15 aus der Nabe 2 wieder austritt. Innerhalb des Ringraumes 14 befinden sich zwei axial verschiebbare Ringkolben 16, die in der Nabenbohrung 3 bzw. auf der Welle 6 axial verschiebbar gelagert sind und gegenüber der Welle 6 bzw. der Nabenbohrung 3 den Ringraum 14 durch einen Dichtring 17 flüssigkeitsdicht abschließen. Zwischen beiden Ringkolben 16, die die Radialbohrungen 13 der Welle 6 und die radiale Nabenbohrung 15 zwischen sich einschließen, befinden sich gleichmäßig über dem Ringkolbenumfang verteilte zylindrische Ausnehmungen 18, die sich paarweise gegenüberliegen und mit einer Schraubenfeder 19 besetzt sind.

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Außerdem ist zwischen den beiden Ringkolben 16 eine ihren axialen Verschiebeweg begrenzende Distanzbüchse 20 drehfest innerhalb der Nabenbohrung 3 angeordnet.

Diese Büchse 20 besitzt im Bereich der radialen Nabenbohrung 15 eine Ausnehmung 21. Zwischen den Ringkolben 16 und den beiden die Nabenbohrung 3 abschließenden Deckeln 5j befindet sich jeweils eine Labyrinthdichtung 22, die aus zwei kammartig ineinandergreifenden, gegeneinander verdrehbaren Scheibengruppen 23,24 besteht. Zwischen den einzelnen Scheiben 23»24 jeder Gruppe angebrachte Ringe 25,26 halten die Scheiben 23,24 mit dem für einen berührungslosen Umlauf erforderlichen Abstand voneinander. Dabei wird die äußere Scheibengruppe 24 durch den Deckel 5 gegen die Schulter 27 der Nabenbohrung 3 und die innere Scheibengruppe 2 3 über die zwischen den Lagerbuchsen 7,8 und der Labyrinthdichtung 22 befindliche Hülse gegen eine Wellenschulter 29 gedrückt und axial festgelegt. Um zu verhindern, daß Hochdruckflüssigkeit beim Eintritt in die Drehdurchführung 1 durch die Labyrinthdichtungen 22 austreten kann, sind die zwischen den Ringkolben 16 und der zugehörigen Labyrinthdichtung 22 liegenden Ringräume 30 mit einer auch als Schmiermittel dienenden Sperrflüssigkeit 3I gefüllt. Durch den Druck, den die Hochdruckflüssigkeit und die Federn auf die beiden einander zugewandten Stirnflächen der Ringkolben l6 ausüben, wird die Sperrflüssigkeit 31 in beiden Ringräumen 30 vorgespannt, und zwar auf einen Druck, der weitgehend dem Betriebsdruck der Hochdruckflüssigkeit entspricht. Wegen der Größe der Viskosität

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der Sperrflüssigkeit 31 treten nur verhältnismäßig kleine Sperrflüssigkeitsmengen 31 durch die engen Spalten der Labyrinthdichtung 22 hindurch und gelangen, wie die Figur 1 zeigt, vor den Spalt 32 der beiden Lagerbuchsen 7,S und dienen hier als Schmiermittel.

Die zu beiden Seiten der Radialbohrung 13*15 der Welle 6 und auch der Nabe 2 befindlichen, einerseits von je einem Ringkolben 16 und andererseits von je einer Labyrinthdichtung 22 begrenzten Ringräume 30 sind durch eine gemeinsame Bohrung 33 miteinander verbunden. Letztere steht wiederum mit einer im Nabenumfang austretenden und mit einem Rückschlagventil 34 versehenen Bohrung 35 in Verbindung, über die die Sperrflüssigkeit 31 in die beiden Ringräume 30 hineingedrückt wird. Unter dem Federdruck und dem Beaufschlagungsdruck der Hochdruckflüssigkeit nehmen beide Ringkolben 16 stets eine weitgehend symmetrische Lage zur Radialbohrung 13*15 der Welle 6 und der Nabe 2 ein, und es erfolgt ständig ein Druckausgleich zwischen den beiden mit Sperrflüssigkeit 31 gefüllten Ringräumen 30.

In dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 ist eine Drehdurchführung 36 dargestellt, die nicht wie die Drehdurchführung 1 nach der Figur 1 einen radialen, sondern einen axialen Austrittskanal 37 aufweist. Auch diese Drehdurchführung 36 besteht aus einer Nabe 38, deren zentrale Bohrung 39 jedoch nur in einer Nabenstirnseite austritt. Auch diese Bohrung 39 ist durch einen Deckel 40, der mit einem Bund 41 in die Bohrung 39 eingreift und in ihr zentriert ist, dicht abgeschlossen. Die zentrisch zur Nabenbohrung 39 verlagerte Welle 42, die durch eine Boh-

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rung 43 des Deckels 40 hindurch in das Nabeninnere hineinragt, stützt sich hier in einem Wälzlager 44 ab, das mit seinem Außenring 45 in einer in der Nabenbohrung 39 axial verschiebbar geführten Bundbüchse 46 liegt und die Welle 42 über eine in der Bohrung seines Innenringes 47 angeordneten Büchse 48 trägt. Sowohl die Bundbüchse 46 als auch die im Lagerinnenring 47 angeordnete Büchse 48 haben der Wälzlagerbreite entsprechende Abmessungen. Zwischen Dekkelbund 41 und Bundbüchse 46 befindet sich ein Drucklager 49, das sich unter der Spannkraft der Deckelschrauben SO an der Bundbüchse 46 axial abstützt, die wiederum von einer Labyrinthdichtung 51 gehalten wird. Auch diese Labyrinthdichtung 51 besteht aus zwei kammartig ineinandergreifenden Scheibengruppen 52,53, von denen die äußere, in der Nabenbohrung 39 gelagerte Scheibengruppe 52 über Ringe 54, die den Scheibenabstand bestimmen, in Achsrichtung mittels der Deckelschrauben 50 fest gegen die Bohrungsschulter 55 der Nabe 38 gepreßt wird. Die der Welle 42 zugeordnete Scheibengruppe 53j deren einzelne Scheiben 53 gleichfalls durch die Scheibendicke geringfügig überschreitende Ringe 56 voneinander distanziert sind, wird dagegen mit Hilfe der in der Wälzlagerbohrung befindlichen Büchse 48 gegen eine Wellenschulter 57 gepreßt. Dazu ist die Büchsenbohrung mit einem Gewinde 58 ausgestattet, und es besitzt auch der in ihr liegende Abschnitt der Welle 42 ein entsprechendes Gewinde 58. Der aus der Labyrinthdichtung 51 vorstehende WeI-lenabschnitt 59 erstreckt sich fast bis zum Ende der als Sackbohrung ausgebildeten Nabenbohrung 39. In seiner Stirnfläche tritt die zentrale Wellenbohrung 60 aus, die

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gleichachsig zu der Austrittsbohrung 37 der Nabe 38 liegt, und über die Hochdruckflüssigkeit in das Nabeninnere eingeleitet wird. Auf diesem Wellenabschnitt 59 ist ein Ringkolben 6l axial verschiebbar geführt, der den zwischen Welle 42 und Nabenbohrung 39 vorhandenen Ringraum 62 abschließt und deshalb sowohl auf seinem größeren als auch auf seinem kleineren Bohrungsumfang mit je einer Dichtung 63 ausgestattet ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird der Ringkolben 61 mittels Schraubenfedern 64 axial vorgespannt und in Richtung auf die Labyrinthdichtung 51 verschoben. Dazu sind auch hier über die Ringkölbenstirnfläche verteilt angeordneten Schraubenfedern 64 in Ausnehmungen 65,66 der Ringkolbenstirnfläche bzw. der Stirnfläche der Nabenbohrung 39 angeordnet und zentriert. Die Sperrflüssigkeit 67, die sich zwischen Ringkolben 6l und Labyrinthdichtung 51 befindet, sorgt einmal für einen vollständigen Abschluß des mit Hochdruckflüssigkeit gefüllten Nabeninnenraumes. Sie sorgt aber auch dafür, daß der durch die engen Spalten der Labyrinthdichtung 51 hindurchtretende Teil der Sperrflüssigkeit 67 das Wälzlager 44 und auch das Drucklager 49 schmiert. Eingefüllt wird die Sperrflüssigkeit 67 über eine radiale Nabenbohrung 68, die gleichfalls mit einem Rückschlagventil 69 ausgestattet ist.

In beiden Ausführungsbeispielen (Fig. 1 und Fig. 2) besitzen die Ringkolben l6,6l im Bereich ihrer dem Einfüllkanal 33j68 zugewandten Stirnseite eine sich über den ganzen äußeren Umfang dieser Stirnseite erstreckende Eindrehung 70,71, die in der Totlage die Beaufschlagung der Ringkolben l6,6l sichert. Dem im Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 innerhalb der Nabenbohrung 3

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zwischen den beiden Ringkolben 16 fest angeordneten Ring 20^ der sich in der Ebene der radialen Nabenbohrung 15 befindet, fällt dagegen die Aufgabe zu, den Bewegungsraum der beiden Ringkolben 16, die sich beim Einpreßen des Sperrmediums 31 aufeinander zu bewegen, zu begrenzen, um dadurch zu verhindern, daß der Durchtritt der Hochdruckflüssigkeit durch die Drehdurchführung 1 von den beiden Ringkolben 16 behindert werden könnte.

In den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 sind die Drehdurchführungen 1,36 so ausgebildet, daß sie entweder mit feststehender Nabe 2,38 und sich drehender Welle 6,42 oder aber umgekehrt, mit feststehender Welle 6,42 und sich drehender Nabe 2,38 einsetzbar sind.

Außerdem können in beiden Ausführungsbeispielen (Fig. 1 und Fig. 2) die Labyrinthdichtungen 22,51» wie in der Figur 3 dargestellt, ausgebildet sein. Hier sind .in den beiden Stirnflächen der einzelnen Scheiben 72 zumindest einer Scheibengruppe konzentrisch zur Scheibenachse verlaufende Nuten 7 3 angebracht, die die Aufgabe haben, etwa in der Sperrflüssigkeit 74 enthaltene Verunreini-. gungen aufzunehmen. Weiterhin sind in diesem Ausführungsbeispiel die Ringe 75* die die Scheiben 72,76 der ein- zelnen Scheibengruppen mit dem erforderlichen axialen Abstand voneinander halten, im Bereich ihrer Sitzfläche mit einer Eindrehung und einem in dieser Eindrehung angeordneten Dichtring 77 ausgestattet.

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Claims

Bochum, 6. April 1979 Gebr. Eickhoff, Maschinenfabrik u. Eisengießerei mbH, 46 30 Bochum Hochdruck-Drehdurchführung für eine in eine Nabe eingeführte und in ihr drehbar gelagerte Welle Patentansprüche

1. Hochdruck-Drehdurchführung für eine in eine Nabe eingeführte und in ihr drehbar gelagerte Welle, deren zentraler Flüssigkeitskanal mit einem in die Nabenbohrung axial oder radial eintretenden Flüssigkeitskanal der Nabe in Verbindung steht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Nabenbohrung (3,39) und Welle (6,42) bilden einen den zentralen Flüssigkeitskanal (12,60) der Welle (6,42) mit dem Flüssigkeitskanal (15,37) der Nabe (2,38) verbin

denden Ringraumj

b) innerhalb des Ringraumes befindet sich mindestens ein auf dem Wellenumfang axial verschiebbar gelagerter, entsprechend dem Durchmesser der Nabenbohrung (3»39) bemes

sener Ringkolben (l6,6l)j

c) eine Dichtung, vorzugsweise eine Labyrinthdichtung (22,51), schließt das Ende bzw. die beiden Enden der Nabenbohrung (3,39) ab;

d) der bzw. die Ringkolben (i6,6l) sind einseitig, und zwar auf ihrer der Dichtung

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(22,51) abgewandten Stirnseite, von der Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt; e) zwischen der Dichtung (51) bzw. den Dichtungen (22) und dem bzw. den Ringkolben (l6,6l) befindet sich ein den Ringraum

(30,62) ausfüllendes Sperrmedium (31,67).

2. Hochdruck-Drehdurchführung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dem Umfang der Nabenbohrung (3) bzw. dem Wellenumfang zugeordneten, die Verschiebebewegung des bzw. der Ringkolben (l6) begrenzenden Anschlag (20).

3. Hochdruck-Drehdurchführung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Ringkolben (6l) und der Stirnwand der Na-' benbohrung (39) bzw. zwischen den beiden Ringkolben (l6) befindliches, den bzw. die Ringkolben elastisch haltendes Federelement.

4. Hochdruck-Drehdurchführung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) zwischen dem Ringkolben (6l) und der Stirnwand der Nabenbohrung (39) bzw. zwischen den beiden Ringkolben (l6) befinden sich über die Ringkolbenstirnfläche verteilt angeordnete Schraubenfedern (19*64) J

b) die Schraubenfedern (19,64) sind parallel zur Wellenachse angeordnetj

c) sie greifen in je eine ihrem Durchmesser entsprechende zylindrische Ausnehmung (l8, 65,66) der Bohrungsstirnfläche bzw. der

Ringkolbenstirnflächen ein.

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5. Hochdruck-Drehdurchführung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) in den Ringraum (30,62) zwischen Ringkolben (l6,6l) und Dichtung (22,51) mündet

eine im Nabenumfang austretende radiale Bohrung (33*68) ein;

b) die Bohrung (35,6 8) ist mit einem Rückschlagventil (34,69) versehen.

6. Hochdruck-Drehdurchführung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, die zwei Ringkolben aufweist, die zwischen sich einen radial in die Nabenbohrung eintretenden Flüssigkeitskanal einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Ringkolben (lt>) und den diesen Ringkolben (16) benachbarten Dichtungen (22) vorhandenen, mit Sperrflüssigkeit (31) gefüllten Ringräume (30) über eine Leitung (33) miteinander verbunden sind.

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